Поймите, что нужно телу. Что действительно влияет на самочувствие

ознакомиться с факторами, влияющими на скорость метаболизма.

описать ключевые гормоны и железы, регулирующие обмен веществ;

Понимать клинические проявления изменений обмена веществ (гиперметаболизм и гипометаболизм).

Назвать распространенные заболевания, связанные с нарушениями обмена веществ.

Введение:

Метаболизм — это совокупность всех химических реакций, происходящих в организме для поддержания жизни. Это удивительно сложный и скоординированный процесс, позволяющий организму преобразовывать пищу в энергию, строить и восстанавливать ткани, выводить отходы и осуществлять все жизненные функции. Понимание того, как работает метаболизм, что на него влияет и что может его нарушать, имеет решающее значение для здоровья и благополучия. В этой главе будут рассмотрены сложные механизмы, регулирующие метаболизм человека, ключевые органы и гормоны, участвующие в этом процессе, а также различные факторы, влияющие на него и приводящие к клинически проявляющимся состояниям здоровья.

Что такое метаболизм?

Метаболизм — это совокупность физических и химических процессов, происходящих в живых клетках для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организму расти, размножаться, поддерживать свою структуру и реагировать на окружающую среду.

Метаболизм подразделяется на два основных процесса:

синтетический метаболизм (синтез):

это метаболические реакции, в ходе которых из более простых молекул строятся сложные молекулы. Они требуют энергии. Например: синтез белков из аминокислот, синтез гликогена из глюкозы, рост мышц.

Катаболизм (разложение):

Это метаболические реакции, при которых сложные молекулы расщепляются на более простые. В ходе этих реакций высвобождается энергия. Например: переваривание пищи, расщепление глюкозы с получением АТФ (энергии), сжигание жиров.

2. Ключевые органы обмена веществ

Многие органы и системы работают совместно, регулируя обмен веществ:

Печень: многофункциональный орган-«мастер»

Печень — крупнейший внутренний орган и настоящая биохимическая «электростанция», работающая без перерыва. Её функции настолько разнообразны, что затрагивают практически все системы организма, что делает её главным дирижером обмена веществ.

Основные метаболические функции

Регулятор уровня глюкозы:

Она является дирижером «симфонического оркестра» уровня глюкозы. Она отвечает за накопление глюкозы в виде гликогена (гликогеноз) при её избытке, за её высвобождение (гликогенолиз), когда организм в ней нуждается, и даже за синтез глюкозы из белков и жиров (глюконеогенез) во время голодания.

Метаболизм липидов (жиров):

Она синтезирует холестерин, триглицериды и липопротеины (такие как VLDL), которые отвечают за транспортировку жиров по всему организму. Кроме того, она производит желчь — вещество, имеющее решающее значение для переваривания и усвоения жиров, поступающих с пищей.

Синтез белков:

Обеспечивает синтез большинства белков, циркулирующих в нашей крови, включая альбумин (поддерживающий жидкостный баланс в кровеносных сосудах) и факторы свертывания крови (необходимые для остановки кровотечения).

Для полного понимания этого ключевого процесса управления энергией крайне важно знать следующие ключевые термины:

1. Гликолиз

Что это такое? Это расщепление глюкозы. Это основной метаболический путь получения энергии из углеводов.

Процесс: одна молекула глюкозы (содержащая 6 атомов углерода) расщепляется на две более мелкие молекулы (пирогранатовую кислоту, содержащую 3 атома углерода).

Основная цель: быстрый выброс энергии в виде АТФ и пирогранатовой кислоты, которая впоследствии может использоваться в других процессах, таких как цикл Кребса.

Аналогия: это похоже на «сжигание» дров (глюкозы) для получения мгновенного тепла (энергии АТФ).

2. Гликогеноз

Что это такое? Это образование или синтез гликогена.

Процесс: когда в крови избыток глюкозы (после еды), организм соединяет множество молекул глюкозы, образуя длинную разветвленную цепь, называемую гликогеном.

Основная цель: накопление энергии для использования в будущем. Гликоген в основном хранится в печени и мышцах.

Аналогия: это похоже на складирование дров (глюкозы) в запасном месте (гликогене) для использования в тот момент, когда под рукой не будет больше дров.

3. Глюконеогенез

Что это такое? Это образование «новой» глюкозы (от греческого neo = новый).

Процесс: организм вырабатывает глюкозу из источников, не являющихся углеводами, таких как аминокислоты (из белков), молочная кислота (в результате физической нагрузки) или глицерин (из жиров).

Основная цель: поддержание уровня глюкозы в крови во время голодания, чтобы обеспечить постоянное поступление энергии в мозг и другие важные органы.

Аналогия: это как если бы из-за отсутствия готовых дров пришлось самостоятельно изготовить дрова (глюкозу) из других материалов (белков, жиров).

«Глюконеогенез»

— этот термин используется реже и часто вызывает путаницу. Он может служить синонимом гликогеногенеза (образования гликогена в печени) или, в более широком смысле, обозначать «создание глюкозы». Из-за такой неоднозначности в современной биохимии предпочитают использовать термины «гликогеногенез» и «неогенез», поскольку они более конкретны.

Функции очищения и детоксикации

Центр детоксикации:

Печень действует как сложная система фильтрации. С помощью ряда ферментов (преимущественно системы цитохрома P450) она метаболизирует и нейтрализует большое количество потенциально токсичных веществ. К ним относятся лекарственные препараты, алкоголь и экологические токсины.

Удаление отходов:

Печень преобразует аммиак — токсичный продукт распада белков — в мочевину, вещество с гораздо меньшей токсичностью, которое выводится через почки.

Функция накопления

Хранилище витаминов и минералов: печень является важным хранилищем ключевых питательных веществ, в ней накапливаются важные жирорастворимые витамины (A, D, E, K), витамин B12, а также запасы минералов, таких как железо (в форме ферритина) и медь.

Иммунные и циркуляторные функции

Роль в воротном кровотоке:

Вся кровь, поступающая из пищеварительной системы, сначала поступает в печень через воротную вену. Это позволяет печени перерабатывать питательные вещества и фильтровать любые токсины или бактерии до того, как кровь достигнет других частей тела.

Иммунная функция:

Печень содержит большое количество специализированных иммунных клеток (куфферских клеток), которые удаляют бактерии и вирусы, поступающие из кишечника. Кроме того, в печени находятся плазматические клетки, которые производят значительное количество иммуноглобулина А (IgA), секретируемого в желчь для защиты кишечника.

Другие ключевые функции

Гемопоэз (гемопоэз):

На этапе внутриутробного развития печень является основным центром образования кроветворных клеток. Хотя эта функция прекращается после рождения, при некоторых заболеваниях костного мозга она может возобновляться.

Метаболизм гормонов:

Печень инактивирует и выводит из кровотока избыток гормонов, таких как инсулин, глюкагон, тиреоидные гормоны и стероидные гормоны (например, эстрогены), что способствует поддержанию гормонального баланса.

Поджелудочная железа: «двойная фабрика» гормонов и ферментов

Поджелудочная железа — это железистый орган, выполняющий две незаменимые для организма функции: она действует как эндокринная железа (выделяя гормоны в кровь) и как экзокринная железа (выделяя ферменты в пищеварительный тракт).

Эндокринная функция: «термостат» уровня глюкозы в крови

В поджелудочной железе находятся специальные группы клеток, называемые островками Лангерганса, которые производят ключевые гормоны, регулирующие обмен глюкозы:

инсулин:

производимый β-клетками, инсулин — это гормон, снижающий уровень глюкозы в крови. Он действует как ключ, позволяющий глюкозе (источнику энергии) проникать в клетки организма после еды.

Глюкагон:

Глюкагон вырабатывается α-клетками и оказывает противоположное действие: он повышает уровень глюкозы в крови. Когда мы голодаем, глюкагон посылает сигнал печени, чтобы она высвободила запасы глюкозы (гликоген).

Эти два гормона взаимодействуют в идеальном балансе, поддерживая уровень глюкозы в крови в стабильном и здоровом диапазоне.

Экзокринная функция: «двигатель» пищеварения

Большая часть поджелудочной железы занимается выработкой панкреатического сока — мощной смеси ферментов, которая выделяется в тонкий кишечник (двенадцатиперстную кишку) для расщепления пищи. Без этих ферментов усвоение питательных веществ практически невозможно. К наиболее важным из них относятся:

Ампалаза: отвечает за переваривание сложных углеводов (крахмала), не полностью расщепленных во рту, преобразуя их в более простые сахара.

Панкреатическая липаза: это основной фермент, участвующий в переваривании жиров (липидов). Она расщепляет крупные молекулы жира на жирные кислоты и глицерин, после чего они могут всасываться.

Протеиназы (трипсин и карепсин): выделяются в неактивной форме и активируются в кишечнике, где расщепляют белки на более мелкие пептиды и аминокислоты.

Кроме того, панкреатический сок богат бикарбонатом — щелочным веществом, которое нейтрализует желудочную кислоту, создавая идеальные условия для эффективной работы пищеварительных ферментов.

Щитовидная железа: ускоритель обмена веществ в организме

Щитовидная железа, расположенная в передней части шеи, является главным ускорителем обмена веществ во всём организме. Она вырабатывает два ключевых гормона — тироксин (Т4) и трийодтиронин (Т3), которые определяют скорость работы наших клеток и расхода энергии.

Регулирующий механизм: гипофиз и ТСГ

Щитовидная железа не действует самостоятельно; она получает прямые команды от гипофиза, расположенного в основании мозга. Гипофиз вырабатывает тиреотропный гормон (ТТГ). Этот процесс работает следующим образом:

если организму необходимо ускорить обмен веществ, гипофиз выделяет больше ТТГ.

ТТГ распространяется по крови и дает щитовидной железе команду вырабатывать и выделять больше Т3 и Т4.

Если в кровотоке достаточно тиреоидных гормонов, гипофиз замедляет выработку ТТГ.

Эта система взаимодействия обеспечивает точную регулировку темпа обмена веществ в соответствии с потребностями организма.

Метаболические функции гормонов щитовидной железы

Гормоны Т3 и Т4 воздействуют практически на все клетки организма и оказывают глубокое влияние на следующие аспекты:

Базальный метаболизм (BMR): они определяют минимальное количество энергии (калорий), необходимое организму в состоянии покоя. Повышение уровня этих гормонов увеличивает BMR, заставляя нас сжигать больше калорий.

Углеводный и жировой обмен: они ускоряют использование глюкозы клетками, а также мобилизацию и сжигание запасов жира.

Синтез белка: они играют ключевую роль в росте и восстановлении тканей, регулируя синтез новых белков.

Регуляция температуры тела: за счет увеличения метаболической активности гормоны щитовидной железы производят тепло, что способствует поддержанию температуры тела.

Рост и развитие: они абсолютно необходимы для нормального развития мозга плода и младенца, а также для роста детей.

Когда «ускоритель» выходит из строя: гипотиреоз и гипертиреоз

Баланс щитовидной железы очень хрупок. Когда её функция нарушается, это влияет на обмен веществ во всём организме:

Гипотиреоз (замедленная функция): возникает, когда щитовидная железа вырабатывает недостаточное количество гормонов. Метаболизм замедляется, что может привести к таким симптомам, как увеличение веса, постоянная усталость, непереносимость холода, сухость кожи и запоры.

Гипертиреоз (ускоренная работа щитовидной железы): возникает, когда щитовидная железа вырабатывает слишком много гормонов. Метаболизм безудержно ускоряется, что приводит к непроизвольной потере веса, нервозности, учащенному сердцебиению (тахикардии), повышенному потоотделению и ощущению жара.

Жировая ткань: не просто хранилище жира

Жировая ткань — это гораздо больше, чем просто хранилище жира; это динамичный орган, выполняющий важные функции. Её можно разделить на два основных типа, выполняющих разные функции: белая жировая ткань (WAT) и бурая жировая ткань (BAT).

Накопление и высвобождение энергии

Это её наиболее известная функция. Белая жировая ткань (WAT) является основным местом накопления энергии в организме.

Процесс: когда мы потребляем больше калорий, чем расходуем, избыточная энергия преобразуется в триглицериды и накапливается в жировых клетках (адипоцитах). Во время голодания или физической нагрузки эти жиры расщепляются и поступают в кровь, где служат топливом для других тканей.

Аналогия: это как перезаряжаемая батарея организма, которая накапливает энергию, когда её достаточно, и высвобождает её, когда это необходимо.

Эндокринные органы: производители гормонов

Жировая ткань вырабатывает множество гормонов, называемых адипокинами, которые посылают сигналы по всему организму, влияя на аппетит, обмен веществ и воспалительные процессы. К наиболее важным относятся:

Лептин (гормон сытости): он посылает сигнал в мозг о том, что у нас достаточно запасов энергии, что помогает подавлять аппетит.

Адпоксин: он повышает чувствительность мышц и печени к инсулину, что способствует профилактике диабета 2-го типа. Интересно, что его уровень у людей с ожирением ниже.

Резистатин: его действие противоположно действию адипокина, он способствует инсулинорезистентности.

Провоцирующие воспаление цитокины (например, TNF-α, IL-6): избыток жировой ткани, особенно в области живота, приводит к выработке этих веществ, способствующих развитию состояния слабовыраженного хронического воспаления, которое лежит в основе многих метаболических заболеваний.

Регуляция температуры тела (термогенез)

Бурая жировая ткань (BAT), которую иногда называют «хорошим жиром», выполняет специфическую функцию: сжигает энергию для выработки тепла.

Процесс (термогенез): в отличие от белой жировой ткани, служащей для накопления жира, бурая ткань богата митохондриями, которые активно «сжигают» жир для выработки тепла. Это особенно важно для новорождённых, поскольку позволяет поддерживать их температуру тела.

Теплоизоляция: Жировая ткань, обычно расположенная под кожей, также служит теплоизолятором, помогая поддерживать температуру тела.

Амортизация и защита

Жировая ткань окружает такие важные органы, как сердце и почки, служа защитной подушкой, которая предохраняет их от ударов и физических повреждений.

Мышцы: двигатель метаболизма организма

Скелетные мышцы — это гораздо больше, чем просто инструмент для движения; они являются «двигателем» метаболизма организма и основной тканью, регулирующей использование энергии. Их функции имеют решающее значение для общего метаболического здоровья.

Основной потребитель энергии

Мышцы являются крупнейшими потребителями энергии в организме, особенно во время физической активности. Их метаболическая гибкость позволяет им использовать различные источники энергии в зависимости от потребностей:

Глюкоза: это предпочтительное топливо для высокоинтенсивных кратковременных нагрузок (таких как поднятие тяжестей или спринт). Глюкоза поступает непосредственно из крови или из собственных запасов мышц.

Жирные кислоты (жиры): они являются основным источником энергии при длительных физических нагрузках низкой и средней интенсивности (таких как прогулки или бег в медленном темпе), а также в состоянии покоя.

Стратегические запасы глюкозы

После печени мышцы являются основным местом хранения глюкозы в организме.

Функция: глюкоза хранится в них в виде мышечного гликогена. В отличие от печеночного гликогена, этот запас предназначен исключительно для использования самими мышцами. Он не может высвобождаться в кровь для снабжения других органов.

Аналогия: мышечный гликоген — это как индивидуальный ланч-бокс, который каждая мышца носит с собой, чтобы иметь мгновенный доступ к энергии во время физической нагрузки, тогда как печеночный гликоген — это общий запас, снабжающий весь организм.

Хранилище белков и аминокислот

Мышцы представляют собой крупнейший в организме запас белков.

Функция: в экстремальных ситуациях, таких как длительное голодание, организм может расщеплять мышечные белки для получения аминокислот. Эти аминокислоты могут использоваться печенью для синтеза глюкозы (глюконеогенез) с целью поддержания жизнедеятельности важных органов, таких как мозг. Это механизм выживания, приводящий к потере мышечной массы.

Роль в инсулиночувствительности

Поскольку мышцы являются основным местом поступления глюкозы после еды, их здоровье имеет решающее значение для предотвращения инсулинорезистентности. Тренированные и активные мышцы более эффективно поглощают и используют глюкозу из крови, что помогает поддерживать стабильный уровень глюкозы в крови и снижать нагрузку на поджелудочную железу.

Почки: очистители и регуляторы обмена веществ

Несмотря на то, что наиболее известной функцией почек является выработка мочи, они являются органами с очень активным метаболизмом, несущими важнейшую ответственность за поддержание внутреннего баланса организма. Они действуют как интеллектуальные фильтры, регуляторы жидкостного баланса и производители гормонов.

Метаболизм и выведение отходов

Это основная очистительная функция почек. Они фильтруют кровь, удаляя продукты обмена веществ, и защищают организм от токсинов.

Креатинин: это продукт обмена веществ в мышцах. Здоровые почки фильтруют его из крови с постоянной скоростью. Повышенный уровень креатинина в крови обычно является показателем снижения функции почек.

Мочевина и BUN (азот мочевины в крови): Мочевина является основным продуктом обмена белков, синтезируемым печенью из аммиака. Почки отвечают за её фильтрацию и выведение. BUN — это показатель, отражающий содержание азота (происходящего из мочевины) в крови,. Как и в случае с креатином, повышение его уровня может свидетельствовать о проблемах с почками.

Выработка гормонов и активных веществ

Почки также являются эндокринной железой, вырабатывающей важные гормоны.

Эритропоэтин (ЭПО): это, пожалуй, их важнейшая гормональная функция. Когда почки обнаруживают низкий уровень кислорода в крови, они вырабатывают и выделяют ЭПО. Этот гормон поступает в костный мозг и дает ему команду производить больше эритроцитов, которые отвечают за перенос кислорода. Именно поэтому анемия очень часто встречается при хронической почечной недостаточности.

Ренин: Почки вырабатывают ренин — фермент, играющий ключевую роль в регуляции артериального давления через ренин-ангиотензин-альдостероновую систему.

Активный витамин D (кальцитриол): Почки преобразуют неактивный витамин D в его активную форму — кальцитриол, который необходим для всасывания кальция в кишечнике и здоровья костей.

Роль в метаболизме глюкозы

Глюконеогенез: во время длительного голодания, когда запасы глюкозы в печени исчерпаны, почки берут на себя важную роль. Они способны синтезировать новую глюкозу из аминокислот, чтобы помочь поддерживать уровень глюкозы в крови и обеспечивать энергией важные органы, такие как мозг.

Что произойдет, если останется только одна почка?

Человек может вести совершенно нормальную и здоровую жизнь, имея только одну почку. Когда одна почка удаляется (в связи с донорством или заболеванием), оставшаяся почка адаптируется и увеличивает свою фильтрационную способность, чтобы компенсировать отсутствие другой почки. Этот процесс называется компенсаторной гипертрофией. Единственная почка увеличивается в размерах и берет на себя работу обеих почек; пока она остается здоровой и не подвергается чрезмерной нагрузке, она эффективно поддерживает баланс в организме.

Надпочечники: центр реакции на стресс

Надпочечники — это две небольшие железы, расположенные над каждой почкой; они являются командным центром реакции организма на кратковременный и длительный стресс. Они состоят из двух частей с совершенно разными функциями: коры надпочечников (внешний слой) и мозгового слоя надпочечников (центральная часть).

Корковый слой надпочечников: регулятор долгосрочных процессов

Корковый слой вырабатывает группу стероидных гормонов, имеющих решающее значение для обмена веществ и поддержания баланса в организме:

Глюкокортикоиды (преимущественно кортизол): называемый «гормоном стресса», кортизол помогает организму справляться с хроническим стрессом. Он повышает уровень глюкозы в крови (глюконеогенез), способствует метаболизму жиров и белков, а также обладает мощным противовоспалительным действием.

Альдостерон (преимущественно альдостерон): этот гормон играет ключевую роль в регуляции артериального давления, а также водно-электролитного баланса. Он дает сигнал почкам удерживать натрий и воду и выводить калий.

Андрогены надпочечников: они вырабатывают небольшое количество мужских половых гормонов, которые у женщин служат предшественниками эстрогенов, а у мужчин — предшественниками тестостерона.

Медиа, надпочечников: реакция на чрезвычайные ситуации

Мозговой слой является центром реакции «борьба или бегство» и в течение нескольких секунд выделяет гормоны при столкновении с угрозой или возбуждением.

Адреналин (эпинефрин) и норадреналин (норэпинефрин):

Эти гормоны готовят организм к немедленным действиям:

они увеличивают частоту сердечных сокращений и повышают артериальное давление.

Они быстро мобилизуют энергию, высвобождая глюкозу из печени и жирные кислоты из жировой ткани.

Они расширяют дыхательные пути, чтобы увеличить поступление кислорода.

Они обостряют чувства и перенаправляют кровоток к мышцам.

Мозг: центр управления обменными процессами

Несмотря на то что мозг составляет всего 2 % от массы тела, он является органом с наибольшей потребностью в энергии, потребляя примерно 20 % всей глюкозы организма. Он не просто потребитель, а высший центр управления энергетическим балансом организма, определяющий, когда, сколько и что мы должны есть, а также как эта энергия должна использоваться.

Гипоталамус: «термостат» энергии

Гипоталамус — небольшая область, расположенная в нижней части мозга, — является главным терморегулятором организма. Он отвечает за:

Регулирование аппетита и чувства сытости: гипоталамус постоянно принимает и интегрирует гормональные сигналы со всего организма. Он интерпретирует сигналы голода (например, грелин из желудка) и сигналы сытости (например, лептин из жировой ткани и инсулин из поджелудочной железы), чтобы вызвать чувство голода или сытости.

Контроль за расходом энергии: он также регулирует уровень основного обмена и физической активности в зависимости от доступности энергии, помогая организму экономить ресурсы в условиях их дефицита или сжигать избыточную энергию при их избытке.

Гипофиз: «главная железа»

Непосредственно под гипоталамусом расположена гипофиз, которую часто называют «главной железой» эндокринной системы. Она выступает посредником между головным мозгом и другими метаболическими железами организма.

Функции:

Гипоталамус посылает команды гипофизу, а гипофиз, в свою очередь, выделяет гормоны, которые распространяются по крови и регулируют деятельность других желез. Наиболее важные для метаболизма из них включают:

ТТГ (тиреотропный гормон): он побуждает щитовидную железу вырабатывать свои гормоны (Т3 и Т4), которые действуют как «ускорители» обмена веществ.

АКТГ (адренокортикотропный гормон): он стимулирует надпочечники к выделению кортизола — гормона, регулирующего реакцию на стресс и мобилизующего энергетические запасы.

Гормон роста (GH): он влияет на обмен жиров, белков и углеводов и имеет решающее значение для роста организма.

Головной мозг через гипоталамо-гипофизарную ось не только потребляет огромное количество энергии, но и тонко регулирует, как остальные части тела получают, накапливают и используют энергию.

Тонкий кишечник: гораздо больше, чем просто канал

Тонкий кишечник — это гораздо больше, чем просто канал; он является центром пищеварительной деятельности, а также важнейшим фронтом обмена веществ и иммунитета. Именно здесь определяется, какие питательные вещества поступают в организм и как координируется работа остальных частей пищеварительной системы.

Тонкий кишечник: центр всасывания и метаболических сигналов

Тонкий кишечник — самый длинный и наиболее нагруженный участок пищеварительного тракта. Его функции выходят далеко за рамки простого всасывания: он также выступает в роли химического процессора, интеллектуального барьера и эндокринного органа.